新型语音压缩编解码器AMBE2000

摘要：AMBE2000是美国DVSI公司推出的一种具有专利技术的语音压缩／解压芯片。利用该芯片能进行全双工的压缩和解压，从而以极高的压缩率提供高品质的语音质量。文中介绍了它的主要特点、引脚功能、控制接口及应用电路。

１　引言

ＡＭＢＥ２０００是一种高性能、低功耗的单片实时语音压缩解压芯片，其压缩率可在２ｋｂｐｓ～９．６ｋｂｐｓ范围内由软件调节，且具有ＦＥＣ（前向纠错）、ＶＡＤ（语音激活检测）功能和ＤＴＭＦ信号检测功能，因此可广泛应用于卫星通信、数字移动通信、保密通信、语音邮件等方面。

２　引脚说明及特性参数

ＡＭＢＥ２０００的主要特性及参数如下：

●具有高品质的语音质量；

●压缩数据率可在２ｋｂｐｓ～９．６ｋｂｐｓ范围内用软件调节；

●纠错率范围为５０ｂｐｓ～７．２ｋｂｐｓ；

●具有ＶＡＤ（语音激活检测）／ＣＮＩ（插入舒适噪声）功能；

●具有ＤＴＭＦ信号检测和产生功能；

●电源电压：＋３．３Ｖ；

●工作温度范围：－４０～＋１００℃；

●采用１００脚ＴＱＦＰ封装。

表1 主机接口选择

端口类型	选择脚
	CH_SEL1	CH_SEL0
主动有格式	0	0
主动无格式	0	1
被动有格式	1	0
被动无格式	1	1

表2 语音数据位选择（无格式）

字中的语音数据位个数	选择脚
	BA_SEL1	BA_SEL0
1	0	0
2	0	1
3	1	0
4	1	1

ＡＭＢＥ２０００的引脚说明如下:

ＣＨＡＮＮ_ＳＥＬ０～１（７５，７７）脚：主机接口类型选择端?具体操作见表１所列；

ＢＡＵＤ_ＳＥＬ０～１（８０～８１）脚：无格式语音数据位选择端?具体操作见表２所列?

ＲＡＴＥ_ＳＥＬ０～４（７０～７４）脚：语音压缩率与前向纠错率选择端?具体操作见表３所列；

ＣＯＤＥＣ_ＳＥＬ０～１（８４～８５）脚：Ａ／Ｄ和Ｄ／Ａ接口选择端口?具体操作见表４所列；

表3 AMBE2000压缩数据率选择表

管脚74	管脚73	管脚72	管脚71	管脚70	语音速率（bps）	FEC速率（bps）	总数据率（bps）
1	1	1	1	1	2000	0	2000
1	0	0	0	0	3600	0	3600
1	0	0	0	1	4000	0	4000
1	0	1	1	0	2400	1600
1	0	0	1	0	4800	0	4800
1	1	0	0	0	4000	800
1	0	1	1	1	3600	1200
1	1	0	0	1	2400	2400
1	0	0	1	1	6400	0	6400
1	1	0	1	0	4000	2400
1	1	0	1	1	4400	2800	7200
1	0	1	0	0	8000	0	8000
1	1	1	0	0	4000	4000
1	0	1	0	1	9600	0	9600
1	1	1	0	1	3600	6000
1	1	1	1	0	2400	7200

*注：压缩数据率也可通过控制字改变。

表4 A/D-D/A硬件配置

A/D-D/A类型	CODEC_SEL1	CODEC_SEL0
普通16位线性（采样率8kHz）	0	0
AD公司AD73311（采样率32kHz）	0	1
普通μ律（采样率8kHz）	1	0
普通A律（采样率8kHz）	1	1

ＶＡＤ_ＥＮ（８６）脚：使能语音激活检测功能端（高电平有效）；

ＥＣＨＯＣＡＮ_ＥＮ（７８）脚：使能回声消除功能端（高电平有效）；

ＳＬＥＥＰ_ＥＮ（８３）脚：休眠模式控制端口（高电平有效）；

ＳＬＩＰ_ＥＮ（８２）脚：滑动模式控制端口（高电平有效）；

Ｘ２／ＣＬＫＩＮ（６８）脚：１６．３８４ＭＨｚ时钟输入脚；

Ｘ１（６７）脚：内部振荡器输出；

ＲＥＳＥＴＮ（６９）脚：复位脚（低有效）；

ＥＰＲ（２０）脚：编码包就绪标志；

ＳＯＦＴ_ＥＮ（７９）脚：使能软件误码判断端口（高电平有效）；

ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＤＡＴＡ（３２）脚：用于接收主机数据到ＡＭＢＥ２０００；

ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＤＡＴＡ（４２）脚：用于将ＡＭＢＥ２０００数据发送到主机；

ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＬＫ（２８）脚：主机接收时钟；

ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＣＬＫ（３４）脚：主机发送时钟；

ＣＨＡＮ_ＴＸ_ＳＴＲＢ（３８）脚：主机发送／接收帧同步脉冲；

ＣＨＡＮ_ＲＸ_ＳＴＲＢ（３０）脚：主机接收帧同步脉冲端口；

ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＳＴＲＢ（２９）脚：Ａ／Ｄ帧同步脉冲接收端；

ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＳＴＲＢ（３７）脚：Ｄ／Ａ帧同步脉冲发送端口；

ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＤＡＴＡ（３１）脚：Ａ／Ｄ发送ＰＣＭ数据给ＡＭＢＥ２０００；

ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＤＡＴＡ（４１）脚：ＡＭＢＥ２０００发送ＰＣＭ数据到Ｄ／Ａ；

ＣＯＤＥＣ_ＲＸ_ＣＬＫ（２７）脚：Ａ／Ｄ时钟；

ＣＯＤＥＣ_ＴＸ_ＣＬＫ（３３）脚：Ｄ／Ａ时钟；

ＣＬＯＣＫ_ＭＯＤＥ（５１）脚：时钟模式选择端口，该端口接高电平时选择晶体振荡模式；当接低电平时选择外部时钟）；

ＶＤＤ（８，1１，１２，２３，３６，３９，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５４，５７，６４，７６，８７，９０脚）：正电源；

ＧＮＤ（１，９，１０，２５，２６，３５，４０，５０，５２，５３，５６，６３，６５，８８，８９脚）：接地端；

其余管脚：Ｎ．Ｃ，悬空不用。

３　主机接口及数据格式

ＡＭＢＥ２０００与主机的接口数据格式分为两种：一种是有格式；另一种是无格式。

３．１ 有格式

在有格式情况下，ＡＭＢＥ２０００大约每２０ｍｓ生成一个压缩数据包，这个数据包共由２４个字组成；数据包生成后，其ＥＰＲ管脚会输出一个短的负脉冲指示，依此来决定对数据包的处理。数据包的具体构成如下：

格式字０：固定为ｘ１３ＥＣＨ，为数据包的头；

格式字１：高８位用于芯片功率控制，０ｘ００表示正常工作模式；０ｘ５５表示低功耗模式。低８位的位功能（高有效）如表５所列；

表5 格式字1格式

类型	7：MSB	6	5	4	3	2	1	0：LSB
输入	补丢失帧	NC	NC	NC	NC	NC	插入舒适噪声	NC
输出	NC	NC	解码帧重复	解码静默指示	NC	NC	编码静默检测	编码DTMF检测

表6 格式字2-6格式

字2	字3	字4	字5	字6	语音速率（bps）	FEC速率（bps）	总数据率（bps）
0x0028	0x0000	0x0000	0x0000	0x6428	2000	0	2000
0x5048	0x0000	0x0000	0x0000	0x3948	3600	0	3600
0x5250	0x0000	0x0000	0x0000	0x4150	4000	0	4000
0x1030	0x0001	0x0000	0x34la	0x6750	2400	1600
0x5360	0x0000	0x0000	0x0000	0x6c60	4800	0	4800
0x5250	0x2010	0x0000	0x0000	0x7460	4000	800
0x5048	0x0001	0x0000	0x2412	0x6860	3600	1200
0x1030	0x0005	0x180c	0x3018	0x7360	2400	2400
0x6b80	0x0000	0x0000	0x0000	0x6c80	6400	0	6400
0x5250	0x0001	0x0000	0x542a	0x5280	4000	2400
0x5258	0x0009	0xle0c	0x4127	0x7390	4400	2800	7200
0x7fa0	0x0000	0x0000	0x0000	0x52a0	8000	0	8000
0x5250	0x0005	0x2010	0x6834	0x72a0	40000	4000
0x7fc0	0x0000	0x0000	0x0000	0x69c0	9600	0	9600
0x5048	0x000e	0x4010	0x6a2e	0x65c0	3600	6000
0x1030	0x000e	0x68la	0x511b	0x76c0	2400	7200

格式字２～６：用于指定和表示芯片的压缩数据率，具体如表６所列；

格式字７：该位在输入数据包中不用，因此，在设计时，应将其设置为０ｘ００００；而在输出数据包中表示误码率；

格式字８、９：不用，通常设置为０ｘ００００；

格式字１０：高８位用于控制和表示ＤＴＭＦ信号的幅度，范围从３～－６０ｄＢｍ０（例如：０ｘ０３＝３，０ｘ００＝０，０ｘＣ４＝－６０）；低８位用于控制和检测ＤＴＭＦ信号，所发出和检测的信号为标准的北美呼叫音。ＤＴＭＦ代码见表７所列。

表7 DTMF代码

DTMF代码	DTMF数字	DTMF代码	DTMF数字
0x80	1	0x84	2
0x88	3	0x81	4
0x85	5	0x89	6
0x82	7	0x86	8
0x8A	9	0x87	0
0x83	*	0x8B	#
0x8C	A	0x8D	B
0x8E	C	0x8F	D
0xFF	DTMF无效

表8 格式字11格式

类型	7：MSB	6	5	4	3	2	1	0:LSB
输入	NC	NC	语音激活（1）	NC	休眠（1）	回声消除（1）	编码/解码选择
输出	NC	NC	NC	NC	休眠（1）	回声消除（1）	编码/解码选择

格式字１１：高８位用于解码器音量控制，其中０ｘ８０表示原音量，０ｘＦＦ为原音量的两倍，小于０ｘ８０为减小音量；低８位的功能如表８所列。其中编码／解码选择如下：００为编码＋解码；０１为编码；１０为解码；１１为不用；

格式字１２～２３：压缩数据信息。根据数据率的不同，其数据位数也不相同。数据位数和压缩数据率的关系如下：

位数＝压缩数据率（ｂｐｓ）／５０（ｂｐｓ）

例如，在最低压缩率为２ｋｂｐｓ时，数据位数为：

２０００／５０＝４０位。

３．２ 无格式

在无格式情况下，只需要发送数据位，但每秒会减少５０ｂｉｔ的数据（与有格式情况相比），因而会降低语音质量。其每个字中包含的数据位数参见表２。每帧的字数和压缩数据率的关系如下：

字数＝[压缩数据率（ｂｐｓ）／５０（ｂｐｓ）]／位数

式中，所选的位数必须能被选择的压缩数据率整除。ＡＭＢＥ２０００串口时钟速率最高为２．０４８ＭＨｚ。

图1 用AMBE2000和AD73311构成的语音采样、压缩、解压缩的实用电路

４　应用电路

图１所示是用ＡＭＢＥ２０００和ＡＤ７３３１１构成的语音采样、压缩、解压缩实用电路，其中ＡＤ７３３１１是Ａ-ＤＩ公司的一种声码器芯片，它的采样速率可以达到３２ｋＨｚ、１６位采样数据，且具有较好的声音质量，因而可配合ＡＭＢＥ２０００使用，在实际应用中取得了良好的效果。图中，ＡＭＢＥ２０００选择的管脚接法将压缩率定义为２ｋｂｐｓ?同时电路设置在外部输入时钟模式，且回声消除、语音激活、滑动补偿功能有效，其ＥＰＲ脚用来输出数据包就绪指示信号。在电路上电正常工作以后，还可以通过软件对ＡＭＢＥ２０００进行重新设置，因此，ＡＭＢＥ２０００语音压缩编解码器应用起来十分灵活。

５　结束语

语音通信在数字通信中占有十分重要的地位，通过本文所介绍的ＡＭＢＥ２０００和ＡＤ７３３１１所构成的数据压缩方法，不但可以节约存储资源，而且能够减小对通信带宽的需求。因此，在某些特殊的应用领域，ＡＭＢＥ２０００语音压缩编解码芯片有着十分广阔的应用前景。